Перейти до основного вмісту
Каталог

Графіки тригонометричних функцій

~15 хв · 9 розділів · 9 тестових запитань

Функції та прогресії
Математика НМТ

Частина кар’єрної траєкторії Підготовка до НМТ 2027: Математика — повний курс.

Синусоїда, косинусоїда й тангенсоїда: ключові точки, область визначення, область значень, період, нулі та парність. Як знайти область значень і період функцій y = A sin(kx) + B та y = A cos(kx) + B.

Функція y = sin x і синусоїда

Функція синуса — це перша тригонометрична функція, з якої починають вивчення графіків. Запам'ятай: вона визначена для будь-якого дійсного числа, її графік — плавна хвиля, яка невпинно повторюється.

Область визначення, область значень і період

Область визначення функції y = sin x — уся числова пряма: D = (−∞; +∞). Синус існує для будь-якого кута. Область значень — проміжок від −1 до 1 включно: E = [−1; 1]. Це означає, що значення синуса ніколи не виходять за межі цього відрізка.

Найменший додатний період синуса дорівнює 2π: для будь-якого x справджується рівність sin(x + 2π) = sin x. Через кожні 2π графік повністю повторюється.

Ключові точки й форма графіка

На проміжку [0; 2π] синусоїда проходить через п'ять опорних точок:

x

0

π/2

π

y = sin x

0

1

0

x

3π/2

2π

y = sin x

−1

0

Отже, ключові точки: (0; 0), (π/2; 1), (π; 0), (3π/2; −1), (2π; 0). Графік починається з нуля, піднімається до одиниці, повертається до нуля, опускається до мінус одиниці й знову повертається до нуля. Далі ця форма повторюється праворуч і ліворуч.

Рендеринг діаграми…

Нулі, найбільше й найменше значення

Нулі функції — точки, у яких графік перетинає вісь Ox:

x = πn, n ∈ Z (тобто …, −2π, −π, 0, π, 2π, …).

Найбільше значення y = 1 синус досягає в точках x = π/2 + 2πn, найменше y = −1 — у точках x = −π/2 + 2πn (або, що те саме, x = 3π/2 + 2πn).

Парність і монотонність

Синус — непарна функція: sin(−x) = −sin x. Це означає, що графік симетричний відносно початку координат (0; 0): ліва частина є дзеркальним відображенням правої, але перевернутим.

Синус зростає на проміжку [−π/2; π/2] і спадає на проміжку [π/2; 3π/2]. Ці проміжки повторюються через 2π.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Функція y = cos x і косинусоїда

Косинус дуже схожий на синус, але зсунутий ліворуч на чверть періоду. Його графік називають косинусоїдою.

Область визначення, область значень і період

Як і для синуса, D = (−∞; +∞) і E = [−1; 1]. Найменший додатний період — 2π: cos(x + 2π) = cos x. Косинусоїда — це фактично синусоїда, зсунута ліворуч на π/2: cos x = sin(x + π/2).

Ключові точки

На проміжку [0; 2π] косинусоїда проходить через такі точки:

x

0

π/2

π

y = cos x

1

0

−1

x

3π/2

2π

y = cos x

0

1

Ключові точки: (0; 1), (π/2; 0), (π; −1), (3π/2; 0), (2π; 1). Зверни увагу: на відміну від синуса, косинусоїда починається з одиниці, а не з нуля.

Нулі, найбільше й найменше значення

Нулі косинуса:

x = π/2 + πn, n ∈ Z (тобто …, −π/2, π/2, 3π/2, …).

Найбільше значення y = 1 косинус має при x = 2πn (…, −2π, 0, 2π, …), найменше y = −1 — при x = π + 2πn (…, −π, π, 3π, …).

Парність: ключова відмінність від синуса

Косинус — парна функція: cos(−x) = cos x. Його графік симетричний відносно осі Oy. Це головна ознака, за якою косинусоїду відрізняють від синусоїди.

Запам'ятай зорові підказки:

  • синусоїда проходить через (0; 0) — початок координат;

  • косинусоїда проходить через (0; 1).

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Функція y = tg x і тангенсоїда

Тангенс різко відрізняється від синуса й косинуса: він не визначений у точках x = π/2 + πn, n ∈ Z, не має найбільшого чи найменшого значення, а його графік складається з окремих гілок.

Область визначення

Оскільки tg x = sin x / cos x, то функція не визначена там, де знаменник дорівнює нулю, тобто де cos x = 0. Це точки x = π/2 + πn (n ∈ Z). Отже,

D: x ≠ π/2 + πn, n ∈ Z.

В області визначення не входять точки …, −3π/2, −π/2, π/2, 3π/2, …. У цих точках графік має вертикальні асимптоти — прямі, до яких гілки необмежено наближаються, але ніколи їх не перетинають.

Область значень і період

На відміну від синуса й косинуса, тангенс може набувати будь-якого дійсного значення:

E = (−∞; +∞).

Найменший додатний період тангенса — π, а не 2π: tg(x + π) = tg x. Це тому, що чисельник і знаменник одночасно змінюють знак, і відношення залишається тим самим.

Ключові точки й форма графіка

Тангенсоїда складається з окремих однакових гілок. У межах одного періоду, наприклад на (−π/2; π/2), графік проходить через точки:

x

−π/4

0

π/4

y = tg x

−1

0

1

Біля лівої межі x → −π/2⁺ гілка спадає до −∞, біля правої межі x → π/2⁻ піднімається до +∞. Кожна наступна гілка виглядає так само, зсунута на π праворуч чи ліворуч.

Нулі, парність і монотонність

Нулі тангенса збігаються з нулями синуса:

x = πn, n ∈ Z.

Тангенс — непарна функція: tg(−x) = −tg x. Графік симетричний відносно початку координат.

На кожному проміжку вигляду (−π/2 + πn; π/2 + πn) тангенс зростає. Важливо: він зростає на кожному такому проміжку окремо, але не на всій області визначення — між гілками є розриви.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Область значень і період функцій y = A sin(kx) + B

У завданнях трапляються не лише sin x чи cos x, а й функції виду y = A sin(kx) + B або y = A cos(kx) + B, графіки яких отримують перетвореннями синусоїди чи косинусоїди. Тут A — амплітуда (розмах коливань), k змінює період, а B зсуває графік угору чи вниз.

Область значень: формула B − |A| ≤ y ≤ B + |A|

Оскільки sin(kx) і cos(kx) завжди лежать у межах [−1; 1], то після множення на A і додавання B отримуємо:

E = [B − |A|; B + |A|].

Тобто найменше значення дорівнює B − |A|, найбільше — B + |A|. Знак A впливає лише на те, у якому напрямі спершу йде графік, але не на межі проміжку — ми завжди беремо модуль.

Приклади

  • y = 3 cos x − 1: |A| = 3, B = −1 → E = [−1 − 3; −1 + 3] = [−4; 2]

  • y = −2 sin x: |A| = 2, B = 0 → E = [−2; 2]

  • y = 5 − 2 sin x: A = −2, B = 5 → E = [5 − 2; 5 + 2] = [3; 7]

Період: формули 2π/|k| і π/|k|

Коефіцієнт k стискає або розтягує графік уздовж осі Ox:

Функція

Період

Приклад

y = sin(kx)

2π/|k|

sin 2x → T = π

y = cos(kx)

2π/|k|

cos(x/3) → T = 6π

y = tg(kx)

π/|k|

tg 3x → T = π/3

Важливо: множник A і доданок B НЕ впливають на період. Наприклад, y = 3 sin 2x − 1 має той самий період π, що й y = sin 2x.

Читання параметрів за графіком

Якщо на НМТ дано графік функції виду y = A sin(kx) + B або y = A cos(kx) + B, параметри знаходять так:

  • амплітуда: |A| = (максимум − мінімум) / 2;

  • середня лінія: B = (максимум + мінімум) / 2;

  • період: відстань між двома сусідніми максимумами (або мінімумами, або точками, де графік перетинає середню лінію в одному напрямі).

Профільний рівень — загальні відомості

Дослідження функції на періодичність і загальні властивості періодичних функцій програма відносить до профільного рівня. Для більшості завдань достатньо знати періоди основних тригонометричних функцій і наведені формули 2π/|k| та π/|k|. Утім, НМТ рівнів не розрізняє, тож такі завдання не виключені.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Розбираємо завдання

Розгляньмо чотири типові задачі, які можуть трапитися на НМТ.

Приклад 1. Область значень функції y = 4 − 3 cos x

Завдання. Знайдіть область значень функції y = 4 − 3 cos x.

Розв'язання. Маємо формулу y = B − A cos x, де A = 3, B = 4 (тут B — це вільний член, а A = 3 є додатним, тому |A| = 3). Область значень: [B − |A|; B + |A|] = [4 − 3; 4 + 3] = [1; 7].

Відповідь: [1; 7].

Чому неправильні інші варіанти:

  • [−3; 3] — забули додати доданок 4, узяли лише множник −3 cos x;

  • [−1; 1] — узяли область значень голого косинуса;

  • [4; 7] — неправильно визначили нижню межу: 4 − 3 = 1, а не 4;

  • [−7; −1] — переплутали знаки, відняли 4 від амплітуди.

Приклад 2. Найменший додатний період y = cos(x/3)

Завдання. Знайдіть найменший додатний період функції y = cos(x/3).

Розв'язання. Запишемо cos(x/3) = cos((1/3)·x), отже k = 1/3. Період косинуса з коефіцієнтом k дорівнює 2π/|k| = 2π / (1/3) = 2π · 3 = 6π.

Відповідь: 6π.

Чому неправильні інші варіанти:

  • 2π/3 — поділили 2π на 3 замість помножити на 3 (тобто взяли k = 3, а не 1/3);

  • 3π — переплутали формулу з тангенсом: π/|k| = π : (1/3) = 3π;

  • 2π — забули врахувати коефіцієнт k;

  • π/3 — узяли k = 3 замість 1/3 і ще й формулу тангенса π/k.

Приклад 3. Логічні пари: функції та їхні властивості

Завдання. Установіть відповідність між функцією (1–3) та її властивістю (А–Д).

1) y = sin x 2) y = cos x 3) y = tg x

А) функція парна; Б) не визначена в точці x = π/2; В) нулі x = πn і E = [−1; 1]; Г) період π і E = [−1; 1]; Д) найбільше значення дорівнює 2.

Розв'язання. Зіставляємо за вивченими властивостями:

  • 1) y = sin x — нулі πn, область значень [−1; 1]. Це варіант В.

  • 2) y = cos x — парна функція. Це варіант А.

  • 3) y = tg x — не визначена в x = π/2. Це варіант Б.

Відповідь: 1 — В, 2 — А, 3 — Б.

Властивості Г і Д є дистракторами: Г поєднує період тангенса з областю значень синуса, а Д не відповідає жодній з основних функцій.

Приклад 4. Упізнай формулу за описом графіка

Завдання. Синусоїда проходить через початок координат і зростає в ньому, найбільше значення дорівнює 2, найменше — −2, а відстань між сусідніми максимумами дорівнює π. Яка формула задає цю функцію?

Розв'язання. Амплітуда |A| = (2 − (−2))/2 = 2, отже A = ±2. Оскільки графік зростає в початку координат, це синус (косинус у нулі дорівнював би ±2). Період T = π. Для синуса T = 2π/|k|, тому |k| = 2π/T = 2π/π = 2. Отже, y = 2 sin 2x.

Відповідь: y = 2 sin 2x.

Чому інші варіанти неправильні:

  • y = 2 sin x — період 2π, а не π;

  • y = sin 2x — амплітуда 1, а не 2;

  • y = 2 cos 2x — проходить через (0; 2), а не через (0; 0);

  • y = 2 sin(x/2) — період 4π, а не π.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Типові помилки й пастки

Збираю найпоширеніші помилки, які коштують балів на НМТ. Прочитай уважно й запам'ятай.

  • Період y = sin 2x вважають 4π. Правильно: 2π / 2 = π. Помилка виникає, коли множать 2π на k замість ділити. Формула: T = 2π / |k| — чим більший k, тим коротший період.

  • Область значень y = 3 cos x − 1 записують як [−3; 3]. Забувають доданок −1 (або B). Правильно: [−4; 2]. Завжди додавай B до обох меж.

  • При від'ємному A записують проміжок із лівою межею, більшою за праву, наприклад для −2 sin x пишуть [2; −2]. Правильно: [−2; 2] — ліва межа завжди менша за праву. Бери модуль |A|:E = [B − |A|; B + |A|].

  • Вважають tg x визначеним у точці π/2 або приписують йому E = [−1; 1]. Тангенс не існує в π/2 + πn, і його значення — уся числова пряма (−∞; +∞).

  • Переплутують графіки синуса й косинуса. Запам'ятай: синусоїда проходить через (0; 0), косинусоїда — через (0; 1).

  • Вважають cos x непарною, а sin x — парною. Навпаки: cos x — парна (симетрія відносно Oy), sin x — непарна (симетрія відносно початку координат).

  • Записують нулі cos x як πn. Правильно: x = π/2 + πn. Нулі синуса й тангенса — πn, а косинус перетинає вісь Ox у точках π/2 + πn.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як це перевіряють на НМТ

Тригонометричні функції входять до розділу «Функції» програми, тема «Функціональна залежність. Лінійні, квадратні, степеневі, показникові, логарифмічні та тригонометричні функції, їх основні властивості». Властивості періодичних функцій і дослідження на періодичність програма відносить до вимог профільного рівня. НМТ рівнів не розрізняє, тож такі завдання не виключені.

У демоваріанті НМТ-2026 завдання № 16 (логічні пари 1–3 → А–Д, по 1 балу за кожну правильно встановлену пару) містить тригонометричну функцію поруч із логарифмічною та дробово-раціональною. Тобто від тебе можуть вимагати зіставити функцію з її властивостями.

У завданнях № 1–15 (вибір однієї правильної відповіді з п'яти, 0 або 1 бал) можуть запитувати:

  • область значень функції виду y = A sin(kx) + B або y = A cos(kx) + B;

  • найменший додатний період;

  • вибір графіка, що відповідає заданій тригонометричній функції.

У довідкових матеріалах, доступних під час НМТ в електронній формі, є означення синуса, косинуса й тангенса через одиничне коло, а також таблиця значень тригонометричних функцій для кутів 0, π/6, π/4, π/3, π/2, π, 3π/2, 2π. Графіків, формул періодів або областей значень у довідці немає — це треба знати напам'ять.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Питання й відповіді

Чому період y = sin 2x дорівнює π, а не 4π?

Формула періоду для y = sin(kx) — T = 2π / |k|. Для k = 2 маємо T = 2π / 2 = π. Якщо k більший за 1, графік стискається, тому період стає меншим, а не більшим. Легка помилка — множити 2π на k і отримувати 4π. Насправді треба ділити.

Як швидко відрізнити синусоїду від косинусоїди?

Подивись на значення в точці x = 0:

  • якщо графік проходить через (0; 0) — це синусоїда (y = sin x);

  • якщо проходить через (0; 1) — це косинусоїда (y = cos x); графік, що проходить через (0; −1), — це y = −cos x.

Інший спосіб: у точці x = 0 синусоїда проходить через нуль і зростає, а косинусоїда має вершину — найбільше значення cos 0 = 1.

Чому тангенс не визначений у точці π/2?

За означенням, tg x = sin x / cos x. У точці x = π/2 маємо cos(π/2) = 0, а ділити на нуль не можна. У всіх точках, де cos x = 0, тобто при x = π/2 + πn, тангенс не існує. На графіку це видно як вертикальні асимптоти — гілки тангенсоїди необмежено наближаються до цих прямих, але ніколи їх не перетинають.

Як знайти область значень, якщо перед косинусом стоїть від'ємне число?

Завжди бери модуль коефіцієнта. Формула E = [B − |A|; B + |A|] працює для будь-якого знака A. Наприклад, для y = −5 cos x + 2:|A| = 5, B = 2, отже E = [2 − 5; 2 + 5] = [−3; 7]. Знак мінуса перед A лише перевертає графік догори дном, але межі області значень не змінює.

Чи змінює доданок B період функції?

Ні, B зсуває графік угору або вниз (вздовж осі Oy), але не впливає на період. Період визначає лише коефіцієнт k при аргументі. Наприклад, y = 2 sin 3x + 5 має період 2π/3 — такий самий, як і y = sin 3x.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Коротко: головне

Збери в пам'яті ключові факти — вони стануть у пригоді на НМТ.

  • sin x і cos x: D = (−∞; +∞), E = [−1; 1], період 2π.

  • tg x: x ≠ π/2 + πn, E = (−∞; +∞), період π.

  • Парність: sin x і tg x — непарні, cos x — парна.

  • Нулі: у sin x і tg x — x = πn, у cos x — x = π/2 + πn.

  • Для y = A sin(kx) + B та y = A cos(kx) + B: область значень E = [B − |A|; B + |A|], період 2π/|k| (для синуса й косинуса) і π/|k| (для тангенса).

  • Синусоїда проходить через (0; 0), косинусоїда — через (0; 1).

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Самоперевірка

Перевірте себе на цьому юніті

Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.

1. У яких точках НЕ визначена функція y = tg x?

2. Синусоїда проходить через початок координат і зростає в ньому, найбільше значення дорівнює 2, найменше — −2, а відстань між сусідніми максимумами дорівнює π. Яка формула задає цю функцію?

3. Через яку точку обов'язково проходить графік функції y = cos x?

4. Знайдіть область значень функції y = −2 cos x + 3.

5. Чому дорівнює найменший додатний період функції y = sin 3x?

Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 9 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.

Приєднатися, щоб пройти тест